1、第十七章工程材料的選用與發(fā)展第一節(jié)零件失效分析第二節(jié)材料選擇的原則第三節(jié)典型零件選材與工藝分析第四節(jié)計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用第五節(jié)材料與環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展第六節(jié)新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)第一節(jié)零件失效分析一、基本概念二、失效形式三、失效原因四、失效分析的基本步驟與方法一、基本概念二、失效形式表-零件失效形式三、失效原因.設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與失效之間關(guān)系密切，如結(jié)構(gòu)形狀不合理導(dǎo)致的應(yīng)力集中、安全系數(shù)選擇過大或過小均是常見的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。2.材料材料是零件安全工作的基礎(chǔ)，因材料而導(dǎo)致失效主要表現(xiàn)在兩方面：其一是選材不當(dāng)，這是最重要的原因；其二是材質(zhì)欠佳，如各種冶金缺陷(氣孔、疏松、夾雜物、雜質(zhì)含量等)的存在且超過規(guī)定的

2、標(biāo)準(zhǔn)。3.加工產(chǎn)品在加工制造過程中若不注意工藝質(zhì)量，則會(huì)留下各種冷熱加工缺陷而導(dǎo)致零件早期失效。4.使用零件安裝時(shí)配合不當(dāng)、對(duì)中不良、維修不及時(shí)或不當(dāng)、操作違反規(guī)程等均可導(dǎo)致工件在使用中失效。三、失效原因表-零件失效的主要原因四、失效分析的基本步驟與方法1.調(diào)查取證調(diào)查取證是失效分析最關(guān)鍵、最費(fèi)力、也是必不可少的程序，主要包括兩方面內(nèi)容：其一是調(diào)查并記錄失效現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)信息，收集失效殘骸或樣品；其二是查詢有關(guān)背景資料，如設(shè)計(jì)圖樣、加工工藝等文件、使用維修情況等。2.整理分析對(duì)所收集的資料、證據(jù)進(jìn)行整理，并從零件的設(shè)計(jì)、加工及使用等多方面進(jìn)行分析，為后續(xù)試驗(yàn)明確方向。3.試驗(yàn)分析如對(duì)失效試樣進(jìn)行宏

3、觀與微觀斷口分析，確定失效的發(fā)源地與失效形式；初步判定可能的失效原因；對(duì)材料進(jìn)行成分組織性能的分析與測(cè)試，包括成分及均勻性分析、組織及均勻性觀察、與失效方式有關(guān)的各種性能指標(biāo)的測(cè)試等，并與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較。四、失效分析的基本步驟與方法4.綜合分析得出結(jié)論綜合各方面的證據(jù)資料及分析測(cè)試結(jié)果，判斷并確定失效的具體原因，提出防止與改進(jìn)措施，寫出報(bào)告。第二節(jié)材料選擇的原則一、使用性能選材原則二、工藝性能選材原則三、經(jīng)濟(jì)性能選材原則四、價(jià)值工程選材原則五、材料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)一、使用性能選材原則(一)使用性能簡(jiǎn)要分類(二)按使用性能選材的具體方法與步驟(三)按力學(xué)性能指標(biāo)選材需注意的問題(一)使用性能

4、簡(jiǎn)要分類表-使用性能的簡(jiǎn)單分類(二)按使用性能選材的具體方法與步驟表17-4幾種典型零件的工作條件、失效形式和主要力學(xué)性能(三)按力學(xué)性能指標(biāo)選材需注意的問題表17-5不同加載方式下零件的比剛度和比強(qiáng)度二、工藝性能選材原則(一)金屬材料的工藝性能(二)高分子材料的工藝性能(三)陶瓷材料的工藝性能(一)金屬材料的工藝性能(二)高分子材料的工藝性能(三)陶瓷材料的工藝性能三、經(jīng)濟(jì)性能選材原則表17-6部分材料的相對(duì)價(jià)格四、價(jià)值工程選材原則(一)價(jià)值工程的基本原理(二)價(jià)值選材的基本要素(一)價(jià)值工程的基本原理(二)價(jià)值選材的基本要素五、材料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)表17-7材料技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系指標(biāo)五、材

5、料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)表17-7材料技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系指標(biāo)第三節(jié)典型零件選材與工藝分析一、工程材料的應(yīng)用概況與評(píng)價(jià)二、齒輪類零件選材三、軸類零件選材四、刀具選材五、冷作模具選材六、熱作模具選材一、工程材料的應(yīng)用概況與評(píng)價(jià) 以相對(duì)單位質(zhì)量?jī)r(jià)格表示，取低合金鋼1，其他材料與之相比。 CFRP碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。 GFRP玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料。一、工程材料的應(yīng)用概況與評(píng)價(jià)表17-8某些用塑料代替金屬的應(yīng)用實(shí)例一、工程材料的應(yīng)用概況與評(píng)價(jià)表17-9梁的候選材料的有關(guān)數(shù)據(jù)二、齒輪類零件選材(一) 齒輪的工作條件、主要失效形式及性能要求(二) 常用齒輪材料(三)典型齒輪選材實(shí)例(一) 齒輪的工作條

6、件、主要失效形式及性能要求(二) 常用齒輪材料表17-10常用的一般齒輪材料、熱處理及性能(三)典型齒輪選材實(shí)例三、軸類零件選材(一) 軸的工作條件、主要失效形式與性能要求(二) 常用軸類零件的材料(三) 典型軸選材實(shí)例(一) 軸的工作條件、主要失效形式與性能要求(二) 常用軸類零件的材料(三) 典型軸選材實(shí)例表17-11常用機(jī)床主軸材料、熱處理、性能與用途四、刀具選材(一) 機(jī)械切削刀具(二) 日用刀具(一) 機(jī)械切削刀具表17-12車刀的工作條件與推薦材料(二) 日用刀具表17-13常見日用刀具與推薦材料五、冷作模具選材表17-14冷擠壓模的推薦材料與硬度要求六、熱作模具選材表17-15熱

7、作模具推薦材料與硬度要求第四節(jié)計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)材料設(shè)計(jì)二、計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用三、計(jì)算機(jī)材料數(shù)據(jù)庫四、人工智能的應(yīng)用五、計(jì)算機(jī)在材料組成和結(jié)構(gòu)研究及數(shù)據(jù)處理和圖像處理中的應(yīng)用六、計(jì)算機(jī)在材料性能表征和性能研究中的應(yīng)用七、材料工藝過程的優(yōu)化及自動(dòng)控制八、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在材料研究中的應(yīng)用一、計(jì)算機(jī)材料設(shè)計(jì)二、計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用三、計(jì)算機(jī)材料數(shù)據(jù)庫四、人工智能的應(yīng)用五、計(jì)算機(jī)在材料組成和結(jié)構(gòu)研究及數(shù)據(jù)處理和圖像處理中的應(yīng)用六、計(jì)算機(jī)在材料性能表征和性能研究中的應(yīng)用七、材料工藝過程的優(yōu)化及自動(dòng)控制八、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在材料研究中的應(yīng)用第五節(jié)材料與環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展一、可持續(xù)發(fā)展的概念二、材料與環(huán)境及其

8、教育三、環(huán)境材料及其研究四、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇一、可持續(xù)發(fā)展的概念二、材料與環(huán)境及其教育三、環(huán)境材料及其研究四、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略下的材料選擇(一) 選擇環(huán)境材料 (二)減少所用材料種類(三)盡量選用不加涂、鍍層的原材料(四) 選用產(chǎn)品報(bào)廢后能自然分解并為自然界吸收的材料(五) 選用易回收再生的材料(一) 選擇環(huán)境材料 (二)減少所用材料種類(三)盡量選用不加涂、鍍層的原材料(四) 選用產(chǎn)品報(bào)廢后能自然分解并為自然界吸收的材料(五) 選用易回收再生的材料第六節(jié)新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)一、新材料的特點(diǎn)二、 新材料和現(xiàn)代高新技術(shù)的關(guān)系三、新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)一、新材料的特點(diǎn)1)具有一些優(yōu)異性能或特

9、定功能，如超高強(qiáng)度、超高硬度、超塑性等力學(xué)性能，高溫超導(dǎo)、磁致伸縮、光電轉(zhuǎn)換、形狀記憶等特殊物理性能。2)它的發(fā)展與材料科學(xué)理論的關(guān)系比傳統(tǒng)材料更為密切，如形狀記憶合金材料與熱彈性馬氏體相變理論、太陽能電池材料與光電子學(xué)理論、減振吸聲材料與內(nèi)耗理論等。3)它的制備和生產(chǎn)往往與新技術(shù)、新工藝緊密相關(guān)，如用機(jī)械合金化技術(shù)制備納米晶材料、非晶態(tài)合金材料，用自蔓延高溫合成技術(shù)制備多孔陶瓷材料等。4)更新?lián)Q代快、式樣多變，如手機(jī)電池所采用的能源材料，在較短的時(shí)間內(nèi)便經(jīng)歷了Ni-Cd、Ni-H、鋰離子材料的變化。一、新材料的特點(diǎn)5)新材料大多是知識(shí)密集、技術(shù)密集、附加值高的高技術(shù)材料，而傳統(tǒng)材料通常為資源

10、性或勞動(dòng)集約型材料。二、 新材料和現(xiàn)代高新技術(shù)的關(guān)系三、新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)1.高性能新型結(jié)構(gòu)材料所謂高性能結(jié)構(gòu)材料，主要是指高比強(qiáng)度、高比剛度、高韌性及耐磨損、耐高溫、耐腐蝕的材料。2.電子信息功能材料信息功能材料是指信息獲取、傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、顯示或控制所需材料，種類繁多，涉及面廣。3.能源功能材料化石能源日益枯竭，且環(huán)境污染難以解決，故作為新能源基礎(chǔ)的能源材料無疑將成為材料學(xué)科的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。4.生物功能材料21世紀(jì)是生命科學(xué)大發(fā)展時(shí)代，生物功能材料也將隨之會(huì)有很大發(fā)展。三、新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)5.環(huán)境材料環(huán)境材料是在人類認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國(guó)紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來的，是國(guó)內(nèi)外材料科學(xué)與工程研究發(fā)展的必然趨勢(shì)。6.智能材料智能材料是將信息科學(xué)融合于材料性能和功能的一種材料新構(gòu)思，它的出現(xiàn)將使人類文明進(jìn)入一個(gè)新的高度。7.納米材料納米材料是利用物質(zhì)在小到原子或分子尺度以后，由于尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)或量子效應(yīng)所出現(xiàn)的奇異現(xiàn)象而發(fā)展出來的新材料。三、新材料研究的發(fā)展趨勢(shì)8.材料設(shè)計(jì)21世紀(jì)將逐步實(shí)現(xiàn)按需設(shè)計(jì)材料，通過對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與材料基本性能關(guān)系的深入研究，以及對(duì)材料在使用條件下性能變化規(guī)律的了解，材